Eestist saab kosmoseriik!
Uku Püttsepp
05.04.2013

Eesti esimene satelliit saab aprillis kosmoseristsed. Elektrilist päikesepurje testiv ESTCube-1 stardib sobiva ilma korral Prantsuse Guajaanast Euroopa kosmoseagentuuri uusima kanderaketi Vega pardal.

ESTCube-1 ei hiilga suurusega – selle mõõtmeid piirab standard. CubeSat satelliitide ehitamise eeskiri valmis 1999. aastal California osariigi polütehnilise instituudi ja Stanfordi ülikooli teadlaste poolt. Eeskirjas on määratud, et satelliit ei tohi olla suurem kui 10x10x10 cm ning ei või kaaluda rohkem kui 1,3 kg. Ruumikitsikuse tõttu mahutab kuup peale akude ja muu eluliselt tarviliku veel riistvara kuni paari eksperimendi tarvis või näiteks ühe parema lahutusega kaamera. Seevastu on võimalik valmistada kuni kuueühikulisi (küljepikkusega 60 cm) satelliite, millesse mahub rohkematki.

Kuupsatelliite kosmosesse saatnute seltskond on kirju, teiste hulgas on seda teinud tudengid, Ameerika kosmoseagentuur NASA ja Taani raadioamatöörid. Soovi korral võib valmisehitatud satelliidi veebipoestki osta, ent siis jääb ehitamisrõõm kellelegi teisele. 2012. aasta augustikuu seisuga oli Maa orbiidil 75 kuupsatelliiti.

Tartu Ülikooli üliõpilaste ja õppejõudude poolt 2008. aastal algatatud tudengisatelliidi projekti põhieesmärgiks on kogu selle kestuse vältel olnud reaal- ja inseneriteaduste populariseerimine ning tudengitele kogemustepagasi andmine. Aastate jooksul on esialgsest sähvatusest välja kasvanud ulatuslik rahvusvaheline koostööprojekt, milles on kaasa löönud Tartu Ülikooli, Tallinna Tehnikaülikooli, Eesti Maaülikooli ja Lennuakadeemia tudengid. Tartu töörühmas on olnud õppureid ka Lätist, Ukrainast, Leedust ja Saksamaalt. Projekti on kaasatud koostööpartnereid näiteks Saksamaalt ja Soomest. Lisaks toimib Tartu Ülikoolis juba mitmendat aastat militaar- ja kosmosetehnoloogia valikainete moodul.

Kas ulme saab reaalsuseks?
Elektrilise päikesepurje ühe variandi patentis 2006. aastal Soome metroloogiainstituudi teadlane Pekka Janhunen. Selle moodustavad mitmed peenikesed satelliidist eemale suunatud traadid, otsekui jalgratta kodarad. Ent pingutamine toimub niplite asemel tsentrifugaaljõuga. Selleks aetakse satelliit magnetpoolidega ümber oma keskse telje pöörlema. Purjetraatide otsas on pisikesed raskused, mis tahavad pöördliikumise tõttu satelliidist eemalduda: traat takistab ning tõmbub pingule. Purjetamise ajaks antakse purjele parda elektronkahuriga positiivne laeng. Päikeselt tulevad prootonid, mis on samuti positiivselt laetud, loovutavad laengute tõukumise tõttu osa oma liikumisenergiast ning satelliit saab kiirenduse. Ühest prootonist saadav liikumishulk on küll väike, ent piisava purjepindala ja aja jooksul võib Janhuneni sõnul purjesatelliit teoreetiliselt saavutada kiiruse kuni 180 000 km/h. 1977. aastal teele lähetatud Voyager 1, mis hoiab praegust kosmoseaparaatide kiirusrekordit, eemaldub päikesesüsteemist kiirusega 64 800 km/h.

Täismõõdus päikesepurjes on 50–100 ligi 20 km pikkust traati, ESTCube-il on seevastu vaid üks. 10 m pikkusest traadist peaks aga Janhuneni leiutise katsetamiseks piisama. Lähemal vaatamisel meenutab 25–50 mikromeetrise (10-6 m) läbimõõduga EstCube-i kantava purje kiud redelit. Mikrometeooridest tingitud kahjustuste vältimiseks on traat kokku keevitatud mitmest väiksemast alumiiniumtraadist. Põhimõtteliselt on purje abil võimalik kosmoselaeva ka tüürida. Selleks on vaja purjele anda täpselt häälestatud laenguimpulsse. Et satelliidi liikumistrajektoor on piiratud prootonite levikusuunaga, ei saa see otse Päikse suunas liikuda.

Päikesepurje rakenduste hulk ja tüüp on otse ulmeline. Janhunen kirjeldas teletornis oma ettekandes võimalusi asteroididevahelisest satelliitliiklusest, haruldaste asteroidmineraalide toomisest Maale, koduplaneedi kaitsmisest ohtlike taevakehade eest ja kiiremateks planeetidevahelisteks reisideks.

Üks kosmoseajastust võrsuvaid probleeme on risustunud orbiidid. Maakera ümber leidub küllaldaselt surnud satelliite, mis kukuvad gravitatsiooni jõu tõttu Maale tagasi alles pärast aastakümnete pikkust kasutut ringlemist. Päikesepurje abil on võimalik satelliite pidurdada ning neid kiiremini atmosfääri põlema suunata. Lisaks saaks purjega satelliite ebastandardsetel orbiitidel hoida ja nendega kosmoseilma, ioniseerivate osakeste liiklust ning päikesetorme jälgida.

Lennu kulg
ESTCube-1 missioonil on kaheksa üldetappi. Esimene suur samm on väljumine Vega kanderaketist. ESTCube läheb ligikaudu 600 km kõrgusele polaarorbiidile, mis on 200 km kõrgemal kui rahvusvaheline kosmosejaam ISS. Kuubi väljutab kanderaketist vedrusüsteem. Seejärel hakkab tööle elektrienergia alamsüsteem, mis annab käskluse põletada läbi dipoolantenne kinni hoidev niit. Tööle rakendatud raadiosüsteem edastab Maale satelliidi tervist kajastava telemeetriasõnumi, mille morsekoodis sisaldub näiteks akude pinge ja temperatuur. Side toimub raadioamatööridele määratud 437,250 MHz või 437,505 MHz sagedusalas. Esimesed andmed selgitavad, kas satelliit on stardikatsumused üle elanud. Seejärel käivitatakse satelliidi kolm elektromagnetpooli ja peatatakse väljutamisest tingitud juhupöörlemine. Testmeeskonna liikme Laur Joosti sõnul kulub pöörlemise peatamiseks ligi viis pooleteisetunnist orbiidiringi. Nii väiksemate kui suuremate tööde jaoks varustab pardaelektroonikat energiaga aku ja päikesepaneelide süsteem.

Missiooni kolmandas etapis peenhäälestatakse sidesüsteeme ja tehakse võimaluse korral pardakaameraga pilt Eestist. Pärast ettevalmistustöid alustataksegi põhilisega: purjeeksperimendiga. Satelliit pannakse pöörlema kiirusega vähemalt üks pööre sekundis. Inertsiaaljõudude ja kerimismehhanismi abil väljutatud traat laetakse elektriliselt. 600 km kõrgusel on ESTCube-1 veel Maa ionosfääris, mis tähendab, et traati ei taba mitte otsene päiksetuul, vaid Maa magnetvälja lõksus olevad positiivsed osakesed. Katse kordaminekut näitab satelliidi pöörlemise aeglustumine. See oleks väike samm väiksele satelliidile, ent suur hüpe kosmosetehnoloogia arengus.
Missiooni viimane etapp näeb ette kuubi enesehävituslikku sisenemist Maa atmosfääri, mis võib kesta aastakümneid. Alles siis saab ESTCube-1 missioonile joone alla tõmmata. Satelliiti juhitakse eriotstarbelisest Tõravere Observatooriumi juhtimiskeskusest.

Väärtuslik praktika
Enne kui ESTCube-1 tänavu 21. jaanuari hommikul Tartust hõbedases mikrobussis Tallinna poole teele asus, andsid tudengid sellele veel viimast lihvi. Tudengisatelliidi projekti ühe algataja Mart Noorma sõnul on projekti hariduslik eesmärk täidetud 90% ulatuses: osa kraadidest on veel kaitsmisel. ESTCube-i raames on vormistatud üle neljakümne bakalaureusetöö. Lisaks on tegemisel magistri- ja doktoritöid.

Noorma sõnul on reaalainetega seotud ekspertide puudus ülemaailmne. On suuri ideid ja mõtteid, ent sageli tuleb vajalikku oskust tikutulega taga otsida. ESTCube-i projekt on tudengitele andnud hädavajaliku kogemustepagasi. „Teadmised ei ole praktikata kuigi palju väärt,” märkis Noorma teletorni konverentsil. Rahulolu tehtud tööst oli näha ka kohal viibinud satelliidiehitajate säravatelt nägudelt. Nad on käe külge pannud Eesti esimesele satelliidile ning on selle üle õigusega uhked. Kas oleks võinud Liivimaa Henrik arvata, et nende inimeste järeltulijad, kes Ebavere mäel Taarat tunnistasid, kunagi oma kodumaale kosmosest alla vaatavad?

Sarnased artiklid